Inserisci le parole chiave

2022/01/12

Guida agli Attuatori elettrici lineari

Novità e Stampa

Introduzione

Quando un dispositivo spinge, tira, solleva, abbassa, posiziona o fa ruotare un carico, è quasi sempre grazie a un attuatore elettrico. Gli attuatori elettrici sono dispositivi che effettuano movimenti affidabili e precisi e sono adatti a qualsiasi tipo di applicazione. Possiedono il grande vantaggio di non incorrere in rischi di perdite di liquidi e non necessitano di manutenzione ordinaria, contrariamente agli attuatori idraulici o pneumatici. Inoltre, dispongono di un lungo ciclo di vita.

 

Negli ultimi anni, le esigenze in materia di automazione sono aumentate in modo esponenziale. Ovunque arrivi la modernità, la regolazione automatizzata delle apparecchiature diviene indispensabile, e ogni giorno, ovunque guardiamo, troviamo un’infinità di applicazioni che utilizzano almeno uno dei tre tipi di attuatori elettrici (attuatori lineari, colonne di sollevamento, motoriduttori).

Da più di 15 anni, TiMOTION produce e rivende sistemi di automazione elettrica lineare ai produttori di apparecchiature industriali, medicali o di arredamento professionale e domestico. Il nostro obiettivo? Offrire soluzioni su misura.

 

TiMOTION offre numerosi attuatori elettrici e tecnologie associate, che dispongono di caratteristiche specifiche. I nostri team internazionali studiano in modo accurato ciascun progetto al fine di comprendere le esigenze del cliente e fornire l’associazione di prodotti ideale per qualsiasi applicazione.

 

Il processo di scelta è fondamentale per determinare il miglior sistema di automazione elettrica di qualità adatto a ciascun progetto. In quanto partner, TiMOTION accompagna i propri clienti durante tutto il processo e li guida alla scelta del sistema perfetto. Con l’intento di fornire a tutti informazioni utili, abbiamo deciso di elaborare questa guida pratica, che vi guiderà, tappa dopo tappa, in tutto ciò che c’è da sapere per avviare il vostro progetto e scegliere la soluzione migliore per i vostri dispositivi.

 

Contenuti

Capitolo 1: Cos'è un attuatore elettrico lineare e come sceglierlo?

Capitolo 2: Diversi tipo di attuatori a confronto

Capitolo 3: Componenti di un attuatore elettrico lineare

Capitolo 4: Opzioni di sicurezza per attuatori elettrici lineari

Capitolo 5: Le caratteristiche di carico e velocità di un attuatore elettrico lineare.

Capitolo 6: Indici di protezione IP

Capitolo 7: Attuatori elettrici e sensori di posizione

 

 

Capitolo 1: Cos'è un attuatore elettrico lineare e come sceglierlo?

 

In questa prima parte, spiegheremo in cosa consiste un attuatore elettrico, le diverse tipologie e come scegliere l'attuatore più appropriato alle proprie esigenze.

 

Cos'è un attuatore elettrico lineare?

Gli attuatori elettrici lineari sono dispositivi dotati di un motore in grado di convertire un movimento rotatorio in uno lineare. Possono essere integrati in qualsiasi tipo di attrezzatura che richieda movimenti ergonomici durante spinta, tiro, sollevamento, abbassamento o inclinazione di un carico. Il moto lineare è creato dalla combinazione della rotazione del motore, della vite senza fine e della madrevite. Il motore attiva la vite senza fine, la quale ruota in senso orario o antiorario facendo spostare la madrevite (bloccata in rotazione) lungo la vite e creando, in questo modo, un effetto di spinta o trazione.

Gli attuatori elettrici lineari sono più affidabili degli attuatori idraulici o pneumatici, in quanto non richiedono alcuna manutenzione, sono più precisi e consentono un feedback di posizione.

 

I diversi tipi di attuatori elettrici

TiMOTION progetta e produce diversi tipi di attuatori elettrici lineari, intercambiabili e personalizzabili in base alle esigenze dei clienti e ai vari tipi di applicazioni.

 

Attuatori elettrici paralleli

Il motore di questi attuatori è parallelo alla vite senza fine. Gli attuatori elettrici paralleli sono generalmente azionati da ingranaggi cilindrici a denti dritti che offrono più varianti in termini di rapporti di velocità. Tali attuatori, infatti, consentono una maggiore ampiezza di carico e una velocità elevata, ma sono meno silenziosi degli attuatori lineari dotati di ruota elicoidale. Alcuni modelli di attuatori elettrici paralleli TiMOTION: MA2, MA5, TA2P, TA29, TA16 e VN1.

 

Attuatori elettrici ad angolo retto o "a L"

Il motore è perpendicolare alla vite senza fine. Gli attuatori elettrici a L sono generalmente attivati da ingranaggi a ruota elicoidale. Rispetto ai motori a ingranaggi cilindrici a denti dritti, questi dispositivi forniscono meno varianti in termini di rapporti di velocità, risultando quindi meno efficienti, ma sono molto più silenziosi e offrono un maggior grado di irreversibilità. Alcuni modelli di attuatori elettrici ad angolo retto TiMOTION: TA42, TA23, TA31, TA37.

 

Attuatori elettrici in linea

In questo tipo di attuatori, il motore è allineato alla vite senza fine. Gli attuatori elettrici in linea sono dotati di una lunghezza minima di ingombro più elevata. Sono generalmente azionati da un insieme di ingranaggi epicicloidali e appositamente concepiti per essere installati in spazi ristretti. Il livello di rumorosità è dunque più elevato. Alcuni modelli di attuatori elettrici lineari TiMOTION: JP3 et JP4.

 

 

Motoriduttori

I motoriduttori permettono di concepire sistemi polivalenti quando sono associati a una o più viti senza fine. Dal design compatto, i motoriduttori sono generalmente azionati da ingranaggi a ruota elicoidale e rappresentano la scelta ideale per ottenere una sincronizzazione meccanica. Alcuni esempi di motoriduttori TiMOTION: TGM1, TGM2, TGM3, TGM4, TGM5, e TGM7.

 

 

Attuatori elettrici a doppia vite senza fine

I motori doppi consentono di produrre un movimento in due direzioni diverse, in modo indipendente o simultaneo. Sono generalmente azionati da ingranaggi a ruota elicoidale e offrono, pertanto, movimenti più silenziosi. Un esempio di motore doppio TiMOTION è il modello TT1.

 

 

Attuatori elettrici a guida lineare

Gli attuatori elettrici a guida lineare permettono di operare un movimento lineare senza ricorrere a un tubo esteriore. Il fissaggio frontale è collegato alla madrevite che si sposta lungo la vite senza fine. Un esempio di attuatore elettrico a guida lineare TiMOTION è il TA5P.

 

 

Colonne elettriche ad altezza variabile

TiMOTION produce colonne elettriche di sollevamento per applicazioni industriali, medicali ed ergonomiche. Permettono lo spostamento verticale di carichi elevati, mantenendo un alto livello di stabilità e preservando la sicurezza e il comfort degli utenti. Le colonne industriali e medicali TiMOTION sono concepite per essere installate su letti medicali e bariatrici, o su postazioni di lavoro industriali ad altezza variabile. Alcuni esempi di colonne elettriche di sollevamento per applicazioni industriali e medicali: TL3, TL17, TL27, TL10H, TL18AC.

 

TiMOTION propone anche una vasta gamma di colonne ergonomiche, conformi agli standard BIFMA, per scrivanie ad altezza variabile. Questo tipo di colonne sono disponibili in diversi colori, forme e dimensioni, e possono essere a due o tre sezioni. Alcuni esempi di colonne elettriche ergonomiche TiMOTION per scrivanie regolabili in altezza: TL4, TL5, TL7, TL9, TL13, TL14 e TL15.

 

 

Come scegliere un attuatore elettrico in base al tipo di applicazione

Scegliere il giusto attuatore elettrico è l'elemento essenziale di tutti i progetti di automazione ben riusciti. Ce ne sono di diversi modelli, con motore parallelo, a L o in linea, e tutti possono essere dotati di numerose opzioni.

 

Ciascuna esigenza corrisponde a un progetto unico. Per effettuare la scelta giusta nell'acquisto degli attuatori, occorre tenere conto del tipo di applicazione e delle eventuali restrizioni di carattere tecnico: velocità, capacità di carico, ciclo di lavoro, spazio disponibile e ambiente, per citarne alcune.

 

Determinare la capacità di carico necessaria

il carico da sostenere è un fattore determinante nella scelta di un attuatore in quanto ne definisce i diversi tipi di componenti necessari al lavoro richiesto (motore, madrevite, vite senza fine, ingranaggi, cuscinetti a sfera, etc.). È importante determinare sia il tipo di movimento che l'attuatore dovrà effettuare (tiro, spinta, spostamento verticale o orizzontale) sia la lunghezza della corsa, che dipenderà anche dal diametro dei tubi interni ed esterni dell'attuatore. Tutti questi fattori influenzano la capacità dell'attuatore di sollevare carichi, e hanno un impatto anche sulla sua resistenza.

 

Determinare la velocità necessaria

La velocità desiderata è anch'essa un criterio fondamentale nella scelta di un attuatore. Non tutti i meccanismi o i materiali sono compatibili con velocità elevate; queste infatti, associate a un grosso carico, possono provocare un'usura prematura del prodotto e impattarne la durata del ciclo di vita. Ciascun dispositivo, dunque, dispone di un limite di velocità e di carico che non deve essere superato, per evitare il rischio di danni materiali. La velocità del movimento dipende, tra le altre cose, anche dal passo della vite e dalle caratteristiche del motore.

 

Determinare il ciclo di lavoro

Il ciclo di lavoro definisce il rapporto tra i tempi di funzionamento e quelli di riposo di un dispositivo e varia in modo considerevole da un tipo di utilizzo a un altro. È un fattore essenziale da tenere in considerazione nella scelta dell’attuatore elettrico, dei materiali da cui è composto e dei suoi meccanismi, in quanto un'accurata definizione del ciclo di lavoro conferisce ai dispositivi una durata di vita ottimale e limita la rapidità di usura delle componenti meccaniche o l'eventuale surriscaldamento. Ad esempio, gli attuatori elettrici a motore parallelo, con i loro ingranaggi cilindrici a denti dritti, supportano un numero più elevato di cicli di lavoro.

 

Determinare lo spazio disponibile

La scelta dell'attuatore dipende anche dallo spazio disponibile nel sistema. Al di là del carico, della corsa o della velocità, è importante sapere se il dispositivo opererà all'interno di uno spazio ristretto e se vi sono restrizioni in termini di ingombro, per permetterne l'integrazione nell'apparecchiatura. Gli attuatori elettrici ad asse parallelo, ad esempio, grazie all'allineamento del motore con la vite senza fine, sono più compatti e quindi ideali per l'installazione in spazi ristretti. L'ingombro di un attuatore dipende dalla configurazione del montaggio (con motore in linea, ad L, o parallelo).

 

Determinare l'ambiente

Anche l'ambiente in cui il dispositivo automatizzato verrà utilizzato è un parametro significativo nella scelta dell’attuatore elettrico giusto. Occorre sapere se l'apparecchiatura opererà all'interno o all'esterno; se sarà soggetta a polveri, a contaminanti solidi o all'umidità; se verrà sottoposta a lavaggi intensivi con prodotti detergenti o puliture ad alta pressione. In base alle esigenze del fattore ambientale, i materiali utilizzati e l'indice di protezione IP applicato non saranno gli stessi per tutti i dispositivi. Se, ad esempio, si ricerca una bassa rumorosità, l'attuatore elettrico a L, con i suoi ingranaggi in plastica a ruota elicoidale, è in grado di fornire un movimento silenzioso e ideale per i dispositivi medicali o domestici.

 

La scelta di un determinato attuatore elettrico piuttosto che un altro dipende, dunque, da innumerevoli parametri. È importante scegliere un dispositivo che risponda alle esigenze dell’applicazione su cui verrà utilizzato.

 

Ciascun tipo di applicazione comprende una lista di esigenze indispensabili, per quanto riguarda la scelta di un attuatore elettrico. Pertanto, anche il budget economico assume una grossa valenza nella realizzazione di un progetto di automazione. La cosa importante è valutare attentamente tutti i parametri illustrati in precedenza, al fine di scegliere un prodotto altamente personalizzato ed efficiente in termini di qualità e resa.

 

Capitolo 2: Diversi tipo di attuatori a confronto

 

Esistono tre tipi diversi di attuatori – pneumatici, idraulici ed elettrici – riguardo ai quali vengono espresse numerose opinioni preconcette. Sebbene determinate applicazioni prediligano l’utilizzo di un tipo di attuatore specifico, il progresso tecnologico e l’innovazione hanno permesso una maggiore intercambiabilità, offrendo più di un’opzione per ogni progetto.

Tuttavia, per effettuare una scelta che risponda pienamente alle proprie esigenze, è prima di tutto essenziale comprendere il funzionamento di ciascuno di questi sistemi.

 

Tre tipi di attuatori

 

Attuatori lineari penumatici

L’attuatore pneumatico è un dispositivo che trasforma l’energia pneumatica (aria compressa) in energia meccanica (movimento). Tale moto consiste in un pistone che si sposta lungo uno stelo di metallo all’interno di un cilindro composto da due spazi vuoti, denominati camere. L’aria compressa che penetra in una delle camere, spinge il pistone in una direzione, facendo scorrere l’aria dall’altra camera. Il pistone, poi, ritorna in posizione grazie a una molla. Questo passaggio continuo di energia permette all’attuatore pneumatico di creare applicazioni di moto lineare.

 

Attuatori lineari idraulici

Simili agli attuatori pneumatici, quelli idraulici funzionano per compressione di un fluido (generalmente olio) iniettato da una pompa all’interno del cilindro. Il meccanismo è lo stesso, in quanto la pressione esercitata dal fluido azionerà i movimenti lineari del tubo lungo l’asse del pistone.

 

Gli attuatori idraulici possono sostenere carichi molto pesanti e offrono corse elevate, ma non sono programmabili.

 

Attuatori elettrici lineari

Compatti e programmabili, gli attuatori elettrici lineari offrono elevata potenza, precisione e velocità, insieme a un’accelerazione e una decelerazione controllata. Gli attuatori elettrici convertono la forza di rotazione di un motore (energia elettrica) in moto lineare (coppia). Il moto rotatorio della vite senza fine, attivato dal motore, innesta lo spostamento della madrevite dall’alto al basso producendo, in questo modo, il movimento di spinta o di trazione del carico. Gli attuatori elettrici lineari sono un’ottima alternativa agli attuatori pneumatici o idraulici, in quanto non corrono rischi di perdite di olio o problematiche legate ai tubi o ai compressori. Sono molto affidabili e non necessitano di alcuna manutenzione ordinaria, contrariamente ai loro omologhi.

 

Vantaggi e Svantaggi

Ciascun tipo di attuatore dispone di caratteristiche ben specifiche che è importante analizzare al fine di scegliere il tipo di attuatore più adatto al proprio progetto.

 

Caratteristiche

Attuatori pneumatici

Attuatori idraulici

Attuatori elettrici

Sistema

Sistema semplice

Sistema moderatamente complesso

Sistema di comando preciso. Gestione multipla e complessa di diversi dispositivi

Potenza

Elevata

Molto elevata

elevata

Controllo

Valvole semplici

Intervento umano obbligatorio

Controllo elettrico, flessibilità di controllo grazie a una centralina elettronica

Precisione di posizionamento

Posizionamento preciso difficile da raggiungere

La posizione a metà corsa richiede componenti supplementari e l’intervento umano

Il posizionamento preciso e il controllo della velocità permettono la sincronizzazione.

Velocità

Molto rapido

Moderatamente rapido

Moderatamente rapido

Capacità di carico

Elevata

Molto elevata

Può essere aumentata in funzione della velocità e del posizionamento desiderato.

Ciclo di vita

Moderato

Elevato

Elevato

Accelerazione

Molto elevato

Molto elevato

moderato

Capacità di sopportare urti sul carico

Resistente agli urti

Antideflagrante, resistente agli urti e alle scintille

Limitata resistenza agli urti

Ambiente

Livello di rumore elevato

Trattamento e perdite di fluidi idraulici

Impatto minimo

Componenti

Compressore, tubi, elettricità

Pompa, tubi, elettricità

Elettricità

Efficacia

Limitata

Limitata

Elevata

Affidabilità

Eccellente

Buona

Buona

Manutenzione

Elevata

Elevata

Praticamente inesistente

Costo di acquisto

Basso

Elevato

Elevato

Costo di funzionamento

Moderato

Elevato

Basso

Costo di manutenzione

Basso

Elevato

Basso

 

 

Identificando sin dalle prime fasi del progetto quelle che sono le caratteristiche indispensabili e necessarie al funzionamento ottimale, è possibile eliminare l’attuatore, o gli attuatori, che non rispondono appieno a tali esigenze specifiche. Quindi, sarà sufficiente stimare il costo totale del potenziale sistema di automazione lineare, includendo l’investimento iniziale, le spese d’esercizio, di manutenzione e di riparazione, oltre al costo dei potenziali rischi legati a qualsiasi tipo di sistema, e infine confrontare i prodotti per scegliere quello più adatto al progetto.

 

Capitolo 3: Componenti di un attuatore elettrico lineare

 

Esistono numerosi tipi di attuatori elettrici, diversi per forma, dimensioni e capacità. Grazie al proprio modello di business fondato sull'integrazione verticale, TiMOTION progetta, produce e personalizza tutte le componenti interne dei suoi attuatori elettrici, in base alle esigenze dei clienti e delle loro applicazioni.

Per realizzare soluzioni di automazione innovative e adatte a qualsiasi tipo di applicazione, è importante comprendere il funzionamento interno di un attuatore elettrico e degli elementi che lo compongono.

 

Attacco frontale/posteriore

L’attacco è un pezzo di metallo a forma di U, con un foro su ciascuna estremità, nel quale passa un dispositivo di fissaggio, un perno o un bullone. Il fissaggio con perno a forcella sulla parte fontale e posteriore dell’attuatore ne permette l’installazione sull’applicazione. Gli attacchi TiMOTION sono di forma circolare, a U (o a taglio) oppure provvisti di un foro. Gli attacchi con perno a forcella sono personalizzabili e adattabili a qualsiasi esigenza.

 

 

Tubo esterno

Conosciuta anche come tubo di protezione, questa struttura cilindrica in alluminio estruso protegge la parte esterna del dispositivo e contiene al suo interno tutte le componenti dell’attuatore elettrico.

 

Tubo Interno

Il tubo interno, chiamato anche tubo d’estensione, di azionamento, di trasmissione, o pistone, è generalmente in alluminio o acciaio inossidabile. Questo pistone è fissato a una madrevite filettata e si allunga o si ritrae ogni qualvolta la madrevite si sposta lungo la vite senza fine. In posizione retratta, il tubo interno circonda la vite senza fine.

 

Vite senza fine

La vite senza fine, chiamata anche madrevite, vite a princìpi o vite di sollevamento è composta da un lungo stelo dritto che ruota all’interno di una macchina o di un utensile. Le rotazioni della vite senza fine innestano lo spostamento della madrevite lungo il proprio asse, permettendo al pistone interno di allungarsi o ritirarsi per produrre un moto lineare.

 

Blocco di sicurezza

Posto all’estremità della vite senza fine, il blocco di sicurezza impedisce l’eccessiva estensione del tubo interno.

 

Guarnizione

La guarnizione, fissata sull’estremità del tubo esterno, è un componente di impermeabilità che impedisce a elementi esterni solidi o liquidi di penetrare nel pistone. Assicura un’impermeabilità ottimale tra il tubo interno e quello esterno e influenza l’indice di protezione (IP) dell’attuatore elettrico lineare. Gli attuatori elettrici TiMOTION possono essere dotati di indici di protezione IP42, IP66, IP68 e IP69K.

 

Madrevite

La madrevite, a filettatura ACME o a ricircolo di sfere, è fissata al pistone e si sposta lungo la vite senza fine, consentendo al pistone di estendersi o ritirarsi. Può essere di metallo o plastica ed è, a volte, inchiavettata per impedire la rotazione del pistone.

 

Interruttore di fine corsa

Gli interruttori di fine corsa controllano la posizione del tubo interno quando è completamente allungato o retratto, inviando un segnale e/o interrompendo il motore elettricamente. Questi interruttori impediscono all’attuatore elettrico di estendersi o ritrarsi in maniera eccessiva.

 

Ingranaggi

Un ingranaggio, di acciaio o di plastica, si accoppia ad altri ingranaggi che modificano la relazione tra la velocità di un meccanismo di avvio (come il motore di un’automobile) e la velocità dei componenti azionati (le ruote del veicolo). L’ingranaggio direttamente collegato al motore si chiama ingranaggio di trasmissione. TiMOTION propone diverse opzioni di trasmissione in base al tipo di applicazione (ingranaggio elicoidale o ingranaggio a denti dritti).

 

Alloggiamento motore

L’alloggiamento motore contiene tutte le componenti interne del motore a ingranaggi e le protegge dai danni. Gli alloggiamenti motore TiMOTION sono, in genere, in plastica di alta qualità, fatta eccezione per i modelli industriali che sono in alluminio estruso.

 

Motore CC

Il motore a corrente continua genera tutta la potenza necessaria al funzionamento dell’attuatore elettrico. Esistono diversi tipi di motori CC, ma TiMOTION utilizza motori a spazzole, che sono composti da:

 

Statore

Questa parte fissa ed esterna è composta da un alloggiamento motore, due magneti permanenti e le calotte del motore. Lo statore genera un campo magnetico continuo che circonda il rotore.

 

Rotore

Il rotore, noto anche come indotto, è la parte mobile e interna del motore. Questo elemento compie un movimento rotatorio, ed è composto da lamelle in acciaio siliconato, un albero motore, un commutatore e avvolgimenti di rame.

 

Commutatore

Il commutatore è composto da una coppia di placche fissate all’albero motore. Tali placche forniscono due connessioni alla bobina dell’elettrocalamita. Il commutatore è utilizzato per invertire la polarità del motore e permette a quest’ultimo di girare senza perdere la coppia.

 

Spazzole in carbonio

Le spazzole in carbonio utilizzano l’attrito radente per trasmettere la corrente elettrica dallo statore al rotore del motore.

 

L’albero motore

L’albero motore collega il motoriduttore alla parte inferiore dello statore di un motore a corrente continua.

Nota: TiMOTION produce anche motori a corrente alternata (CA). Questo tipo di motore è disponibile, ad esempio, per l’attuatore elettrico industriale MA1.

 

Capitolo 4: Opzioni di sicurezza per attuatori elettrici lineari

 

In TiMOTION, qualità e sicurezza vanno di pari passo con design e funzionalità. Grazie al modello di business basato sull’integrazione verticale, TiMOTION è in grado di personalizzare tali caratteristiche al fine di rispondere alle esigenze dei propri clienti.

In base all’ambiente in cui l’attuatore lineare andrà a intervenire e alle eventuali limitazioni a cui sarà soggetto, è molto importante prevederne la stabilità e la resistenza.

Ecco alcune opzioni da considerare durante la fase di progettazione:

 

Frizione di sovraccarico

La frizione di sovraccarico è un dispositivo integrato che si attiva quando un attuatore elettrico raggiunge il limite di carico predefinito. La sua funzione è quella di collegare e scollegare il motore dalla madrevite in modo da preservare l’attuatore da eventuali danni causati da sovraccarico.

 

Termistore PTC

Il termistore PTC (Coefficiente di Temperatura Positivo) agisce essenzialmente come un fusibile che interrompe la corrente del motore in caso di surriscaldamento o guasto. I nostri motori elettrici possono essere dotati di una certificazione UL opzionale che include un termistore PTC. Da più di un secolo l’Underwriter Laboratories (UL) è leader mondiale in materia di sicurezza dei prodotti e di certificazioni di conformità alle norme di sicurezza nazionali. Tutti i prodotti TiMOTION vengono sottoposti ad appropriati test esterni per beneficiare della certificazione UL.

 

Madrevite di sicurezza

La madrevite di sicurezza è una vite in metallo rinforzato a filettatura ACME usata per sostenere il carico in caso di guasto della madrevite principale. Questa opzione di sicurezza è raccomandata per carichi superiori a 6000N. Gli attuatori elettrici TiMOTION possono essere dotati di questa opzione per maggiore robustezza e affidabilità.

 

Funzione push-only

La madrevite standard dispone di una filettatura che le permette di avvitarsi al pistone, mentre la madrevite con funzione push-only non presenta filettatura. La funzione push-only consente di evitare l’incastro di un corpo estraneo (animali, persone o altri oggetti) e di preservare così l’apparecchiatura e il suo dispositivo elettrico da qualsiasi danno materiale causato da un ritorno forzato.

Questa funzione è particolarmente utile per le poltrone con poggia gambe regolabile. Se un oggetto finisce per sbaglio sotto il solleva gambe, quest’ultimo non si abbasserà evitando così di esercitare pressione sull’oggetto con cui è entrato in contatto.

Gli attuatori elettrici lineari che dispongono di questa opzione, sono quelli concepiti nello specifico per i dispositivi confort o medicali: TA5P, TA6, TA14, TA31, TA38M, TA16, TA23, TA42, TA43

 

 

Sblocco rapido

Lo sblocco rapido consiste in una maniglia, o un cavo, che permette lo sblocco manuale dell’attuatore per abbassarlo in caso di emergenza. Questa funzionalità è particolarmente utile per le applicazioni medicali come i letti ospedalieri, per consentire l’abbassamento rapido dello schienale in caso di rianimazione d’urgenza. Gli attuatori elettrici lineari con certificazione medicale dispongono di questa opzione: TA31QR, TA15.

 

 

Sblocco manuale

Lo sblocco manuale permette al tubo interno di sganciarsi dall’attacco frontale (perno a forcella) e di ruotare liberamente. Questo meccanismo consente all’attuatore elettrico di ritrarsi senza l’intervento del motore e di venire riportato manualmente alla sua posizione iniziale. Tale funzionalità è particolarmente adatta ai sistemi di sollevamento medicali, in quanto permette di abbassare il paziente manualmente in caso di guasto.

Questa opzione, è disponibile per gli attuatori lineari medicali: TA23, TA36, TA37.

 

 

Manovella

La manovella è un dispositivo di sicurezza concepito nello specifico per il settore medicale. Permette agli operatori di azionare manualmente la posizione, ad esempio di un letto, in caso di emergenza o di interruzione di corrente. Questa opzione è personalizzabile in base ai requisiti dell’applicazione, ed è disponibile in particolar modo per l’attuatore medicale TA10, ma anche per quelli industriali MA1 e MA2, per esigenze industriali specifiche.

 

 

Freno sulla vite senza fine

Il freno sulla vite senza fine è fissato e avvolto intorno al motoriduttore. È composto da un freno unidirezionale senza ritorno, che viene attivato automaticamente dall’avvolgimento del pignone e poi rilasciato quando il motore ruota in senso inverso.

 

Freno motore

Il freno motore è installato sulla parte superiore o posteriore dell’albero motore. Il freno motore fornisce all’attuatore elettrico una durata supplementare, in quanto ne rafforza la capacità di auto-serraggio. Questa dotazione è un accessorio standard per la maggior parte degli attuatori elettrici TiMOTION.

 

 

Freno elettromeccanico

Il freno elettromeccanico è installato sulla base dell’albero motore. La sua funzione è quella di rallentare o arrestare il motore applicando una resistenza meccanica generata da una forza elettromagnetica sulla vite senza fine. Questa opzione di sicurezza è disponibile per l’attuatore elettrico lineare MA1.

 

Freno meccanico

Il freno meccanico può essere aggiunto per rafforzare la stabilità dell’attuatore elettrico quando la forza reversibile deve sostenere carichi elevati.

 

Capitolo 5: Le caratteristiche di carico e velocità di un attuatore elettrico lineare

 

Quando ci si appresta a sviluppare un nuovo progetto per la propria azienda, occorre prendere in considerazione molteplici fattori, al fine di scegliere la soluzione di automazione elettrica lineare ideale per l’applicazione specifica.

 

Grazie alla personalizzazione di diversi parametri, come ad esempio le caratteristiche della vite senza fine, i numeri di giri al minuto del motore (RPM), il rapporto di trasmissione e la velocità dell’attuatore elettrico, TiMOTION progetta attuatori elettrici con diverse capacità di carico e velocità adatte alle esigenze specifiche di ciascun progetto.

 

 

Tipologie di viti senza fine

Il tipo di vite senza fine scelto determinerà, in parte, la velocità dell’attuatore elettrico e la capacità di carico. TiMOTION produce attuatori elettrici lineari con vite senza fine filettata o a ricircolo di sfere. Esistono tre tipi di filettature per la vite senza fine: filettatura quadra, filettatura ACME e filettatura a dente di sega.

 

Vite senza fine filettata

TiMOTION produce una vite filettata con filettatura ACME (compatibile con madrevite ACME). La filettatura ACME offre una capacità di carico elevata, ma ha una velocità limitata rispetto alla vite a ricircolo di sfere, per via della maggiore frizione che si crea tra la madrevite e la filettatura della vite. La troviamo in tutti gli attuatori elettrici TiMOTION, come ad esempio: TA2, TA4, TA6, TA23.

 

Vite senza fine a ricircolo di sfere

L’altro tipo di vite senza fine utilizzata nei nostri attuatori elettrici, come ad esempio l’MA1, è quella a ricircolo di sfere. Poiché l’albero offre un circuito a chiocciola in cui le sfere della madrevite scivolano più facilmente, questo tipo di vite crea meno attrito rispetto alla vite ACME e, di conseguenza, è più efficiente e permette di ottenere velocità più elevate. Allo stesso tempo, però, elimina la capacità di autofrenanza, necessitando quindi di un freno per aiutare l’attuatore a sostenere un carico e a mantenerlo nella posizione stabilita.

 

Specifiche

Le specifiche della vite senza fine esercitano senza dubbio un’influenza significativa sulla velocità dell’attuatore elettrico, ma soprattutto sul carico che può essere sollevato. Tali caratteristiche dipendono dal passo della filettatura, dall’avanzamento totale e dal numero dei princìpi.

 

Il passo è la distanza assiale tra la scanalatura di un filetto e quella del filetto successivo. L’avanzamento totale è la distanza lineare che la chiocciola copre ad ogni giro di vite completo. Il principio è il numero di filetti indipendenti intorno alla vite.

 

Velocità di rotazione (RPM) e rapporto di trasmissione

Un altro elemento da considerare per definire i parametri di carico e velocità di un attuatore elettrico, è la regolazione della velocità di rotazione e del rapporto di trasmissione.

Il rapporto di trasmissione è il rapporto tra il numero dei giri al minuto (RPM) dell’ingranaggio conduttore e il numero di giri al minuto dell’ingranaggio condotto. Ad esempio, se un ingranaggio conduttore a pignoni dritti possiede 12 denti e quello condotto ne ha 24, significa che l’ingranaggio condotto è due volte più grande di quello conduttore, il quale deve ruotare due volte per operare un giro completo dell’ingranaggio condotto. Il rapporto di trasmissione è dunque di 2:1.

 

In funzione del rapporto tra forza e velocità richiesto dal progetto, altri ingranaggi supplementari possono essere aggiunti all’equazione, in quanto, in un attuatore elettrico, la forza e la velocità sono legate dalla formula seguente: Potenza meccanica= Forza x Velocità.

 

Dove ci conduce tutto ciò? Supponiamo che un’applicazione necessiti di una capacità di carico particolarmente elevata. In questo caso, TiMOTION aggiungerà altri ingranaggi e regolerà il rapporto di trasmissione al fine di creare più coppie sull’attuatore, il quale sarà in grado di esercitare più forza sulla vite senza fine e, dunque, di spostare il carico.

 

Potenza meccanica necessaria

Quando si definiscono la capacità di carico e la velocità di un attuatore elettrico, si deve anche tenere conto della quantità di potenza meccanica necessaria al funzionamento dell’applicazione. Tale potenza è misurata in Watt. La cosa principale da tenere a mente, riguardo alla corrente, alla velocità e al carico nei motori a corrente continua, è che quando il carico aumenta, la corrente aumenta e la velocità tende a diminuire (come mostrato nel grafico sopra).

 

Oltre a questa correlazione fondamentale, numerosi altri parametri elettromeccanici influenzano il carico e la velocità dell’attuatore, come ad esempio il tipo di alimentazione utilizzata o la potenza del motore. Durante il processo produttivo di un attuatore elettrico, TiMOTION analizza ciascuno di questi parametri al fine di scegliere la soluzione più adatta alle applicazioni dei propri clienti.

 

TiMOTION produce trasformatori elettrici compatibili gli attuatori elettrici lineari a 12V CC, 24V CC e 36V CC. Poiché la maggior parte degli attuatori TiMOTION funziona a corrente continua (CC), le nostre centraline di controllo sono in grado di convertire la corrente alternata (AC) in corrente continua, così da permettere il collegamento a muro.

È inoltre possibile integrare alla centralina un trasformatore SMPS (Switch Mode Power Supply) o un trasformatore toroidale. I trasformatori SMPS sono compatibili sia con le prese a 110V CA sia con quelle a 220V CA, permettendo così di collegare i dispositivi in prese diverse in tutto il mondo.

 

Di seguito, una tavola ricapitolativa dei termini e delle conversioni. La prima riguarda le caratteristiche delle tensioni; la seconda la conversione dei Newton (N) in Libbre (Lbs) e in Chilogrammi (Kg); la terza la conversione di Millimetri (mm) in Pollici (Po).

 

Espressioni della tensione

12 Volts CC

12V CC

12 VCC

24 Volts CC

24V CC

24 VCC

36 Volts CC

36V CC

36 VCC

48 Volts CC

48V CC

48 VCC

110 Volts CA

110V CA

110 VCA

220 Volts CA

220V CA

220 VCA

 

Conversione dei pesi (N-Lbs-kg)

1 Newton (N)

.22481 Libbre (Lbs)

1 Newton (N)

.1 Chilogrammi (kg)

 

 

Distanza (mm-po)

1 Millimetro (mm)

.03937 Piede (po)

 

 

Capitolo 6: Indici di protezione IP

 

Il ciclo di vita di un attuatore elettrico lineare non è solo influenzato dagli elementi interni che lo compongono (vite senza fine, madrevite etc.) ma anche dal suo livello di protezione contro i corpi solidi o liquidi che possono introdursi all’interno dei meccanismi. TiMOTION garantisce un alto livello di protezione ai suoi prodotti, aggiungendo una guarnizione intorno ai componenti esterni.

 

Cos’è un Indice di Protezione IP

In base all’ambiente in cui si trova l’applicazione, TiMOTION personalizza il livello di protezione dei propri prodotti al fine di adattarli alle esigenze di ciascun cliente. Questo livello è calcolato sulla base dell’Indice di Protezione (IP). L’IP si compone generalmente di due cifre che indicano il livello di protezione che possiede un dispositivo.

 

Come leggere un Indice di Protezione IP

La prima cifra indica il grado di protezione contro la penetrazione di corpi soldi all’interno del dispositivo, come detriti o polvere. Varia da 0 (nessuna protezione) a 6 (protezione elevata contro la polvere).

La seconda cifra indica il livello di protezione contro la penetrazione di corpi liquidi, come ad esempio l’acqua. Anch’esso varia da 0 (nessuna protezione) a 8 (livello elevato di protezione contro i corpi liquidi).

 

Il grado di protezione IP estende la durata di vita delle attrezzature e risponde ai requisiti di sicurezza per gli utilizzatori. TiMOTION sottopone tutti i suoi prodotti finiti a severi test di pre-commercializzazione. Ciascun attuatore viene testato in condizioni particolarmente rigorose, che vanno oltre le normali condizioni di utilizzo, al fine di assicurare la qualità e la durabilità dei prodotti.

 

Gli attuatori elettrici lineari sono personalizzabili in base al livello di protezione IP desiderato. Gli indici più comuni sono: IP42, IP54, IP66 et IP69K.

 

IP42

L’indice di protezione IP42 si applica generalmente ai dispositivi che operano in ambienti interni, dove la polvere e l’acqua non rappresentano rischi importanti. Lo troviamo, ad esempio, su sistemi di sollevamento per televisori, divani, poltrone o letti regolabili. È l’IP ideale per i dispositivi comfort e relax. Esempi di attuatori e colonne che dispongono della protezione IP42 sono: TVL3, TA5P, TA6 e TA14.

 

IP54

L’indice di protezione IP54 è più universale, in quanto offre un livello di protezione più elevato permettendo all’attuatore elettrico di operare in ambienti più esposti, quali ospedali, studi dentistici o magazzini. Questo indice di protezione è disponibile in opzione per gli attuatori TA4 e TA23.

 

IP66

L’indice IP66 è uno dei più alti livelli di protezione contro i corpi solidi e liquidi. Offre una protezione totale contro la penetrazione di polvere e i getti di acqua ad alta pressione. I dispositivi con questo indice IP possono operare in ambienti esterni e particolarmente difficili, come i cantieri o le aziende agricole. L’IP66 può essere adatto anche ai dispositivi medicali, che necessitano di manutenzioni intensive con prodotti detergenti, per rispondere a severe norme igieniche (letti medicali, solleva pazienti). L’IP66 è disponibile come opzione per gli attuatori elettrici lineari: TA16, TA23 et TA31.

 

IP67 e 68

Gli attuatori elettrici in linea di tipo industriale, JP3 e JP4, possono essere dotati di un indice di protezione opzionale IP67 o IP68. Si tratta dei più alti livelli di protezione contro i componenti liquidi, che implicano una totale impermeabilità del dispositivo. Un attuatore dotato di IP67 può essere immerso in un liquido fino a un metro per 30 minuti. L’indice di protezione IP68 permette un’immersione a più di un metro e per la durata di un’ora. Questo livello di protezione è particolarmente consigliato per le applicazioni industriali come le chiuse di fiume, le paratoie e altre applicazioni a diretto contatto con l’acqua. Attenzione, solo un livello di protezione IP67 e 68 permettono l’immersione in acqua.

 

IP69K

Per determinate applicazioni, proponiamo anche un indice di protezione IP69K. Considerato il livello più elevato del mercato industriale, l’IP69K permette alle attrezzature di essere sottoposte a lavaggi intensivi ad alta pressione e ad alte temperature. Attenzione, un dispositivo dotato di protezione IP69K non può essere immerso in acqua. Gli attuatori elettrici lineari che dispongono di un IP69K sono particolarmente adatti per operare in un ambiente agricolo, dove la quantità di polvere, sporcizia e prodotti chimici è alquanto elevata. Questa opzione la troviamo spesso in modelli di attuatori elettrici industriali come MA1, MA2, MA5, JP3 e JP4.

 

Per saperne di più sull’indice di protezione, clicca qui!

 

Capitolo 7: Attuatori elettrici e sensori di posizione

 

La scelta un buon sistema di automazione elettrica lineare per la vostra applicazione è un processo che va studiato nei minimi dettagli. TiMOTION offre numerose opzioni di personalizzazione e un servizio clienti di qualità, per aiutarvi a trovare la soluzione ideale.

 

Prima di soffermarsi su un modello specifico, è essenziale informarsi sui componenti di un attuatore elettrico lineare. Di seguito, analizzeremo i diversi sensori di posizione.

Quando vengono dotati di sensori di posizione, gli attuatori elettrici riescono a comunicare la posizione della corsa direttamente alla centralina di controllo, divenendo così molto più precisi e offrendo prestazioni di altissimo livello. I sensori di posizione sono essenziali e fortemente raccomandati per i sistemi più complessi. Sono infatti indispensabili per ottenere movimenti sincronizzati e fluidi, a prescindere dal carico supportato.

 

Inoltre, i sensori di posizione sono fondamentali per l’ottimizzazione di altre funzionalità che richiedono la conoscenza precisa della posizione della corsa di un attuatore. La capacità di memorizzazione della posizione rappresenta l’esempio perfetto.

I quattro principali sensori di posizione che TiMOTION utilizza nei suoi sistemi sono:

  • Sensori a effetto Hall
  • Potenziometri
  • Sensori Reed
  • Sensori ottici

 

Sensori a effetto Hall

TiMOTION raccomanda l’utilizzo dei sensori a effetto Hall in quanto sono di dimensioni abbastanza ridotte da poter essere posizionati e integrati sull’albero dei più piccoli motori elettrici, offrendo così un segnale numerico di estrema precisione. Questi sensori sono attivati da un campo magnetico che ha due caratteristiche essenziali: la densità di flusso e la polarità.

 

Il segnale di uscita fornito dai sensori a effetto Hall è relativo alla densità del campo magnetico presente intorno al sistema. Quando tale campo magnetico supera una certa soglia prestabilita, viene rilevato e genera una tensione chiamata Tensione di Hall.

 

I sensori a effetto Hall rappresentano una soluzione di qualità, affidabile e relativamente economica e risultano quelli più utilizzati in ogni tipo di applicazione.

 

NOTA: le centraline di controllo TiMOTION sono concepite per ricevere le informazioni inviate unicamente dai sensori a effetto Hall, pertanto non registrano la posizione fornita da altri tipi di sensori (opzione questa possibile solo dopo uno studio accurato della richiesta del cliente)

 

Potenziometro

Il potenziometro, noto anche con il nome di POT, è molto utilizzato nelle applicazioni industriali. Si tratta di un tipo di resistenza variabile a tre morsetti uno dei quali è collegato a un cursore che si sposta su una pista conduttrice, mentre gli altri due sono collegati alle estremità di tale pista. Questo sistema permette di raccogliere, tra il morsetto collegato al cursore e uno degli altri due morsetti, una tensione che dipende dalla posizione del cursore e dalla tensione a cui è sottoposta la resistenza.

 

In altri termini, la resistenza determina la posizione. Quando la vite senza fine ruota, il valore della resistenza cambia, e ciascun valore della resistenza corrisponde a una posizione del cursore sull’attuatore.

Rispetto ai sensori a effetto Hall, i potenziometri hanno il vantaggio di conservare la posizione della corsa anche quando il sistema subisce un’interruzione di corrente. Tuttavia, hanno lo svantaggio di essere meno precisi dei sensori a effetto Hall in quanto inviano un segnale analogico e sono sottoposti all’effetto Joule. Questo, comunque non pregiudica il rivelamento della posizione globale.

 

Sensori Reed

I dispositivi Reed sono dei sensori di posizione magnetici. Dispongono di un commutatore elettrico azionato da un campo magnetico e sono composti da una coppia di contatti montati su delle lamine realizzate con materiale ferromagnetico e contenute in un involucro in vetro a tenuta stagna. Tali contatti possono essere normalmente aperti e chiudersi in presenza di un campo magnetico, o viceversa. È possibile azionare l’interruttore tramite una bobina, che lo fa tornare nella sua posizione iniziale. Il commutatore a lamine si apre e si chiude grazie alla forza esercitata da ogni rotazione della vita senza fine e alla posizione della lunghezza della corsa dell’attuatore elettrico.

TiMOTION utilizza questo tipo di tecnologia anche all’interno di chiavette di sicurezza per comandi: il sistema è programmato per inviare un segnale alla centralina quando la chiave viene disinserita e le funzioni del comando vengono disattivate. È possibile posizionare questo tipo di sensori direttamente sul tubo esterno di determinati attuatori, così da rendere facilmente determinabile la lunghezza della corsa necessaria.

 

Sensori ottici

I sensori ottici vengono installati raramente sugli attuatori elettrici TiMOTION. Questi tipi di sensori trasformano i raggi luminosi in segnale elettrico. Il principio di funzionamento è il seguente: al ruotare della vite senza fine, ruota anche un disco oscurante con una corona di fori, su cui è rivolto un fascio di luce. Tale reticolo, ruotando, copre e scopre alternativamente il fascio di luce direzionato sul sensore ottico, il quale invia poi un segnale alla centralina ogni volta che rileva una interruzione della luce. La rotazione del disco oscurante permette l’invio di venticinque segnali ad ogni giro completo.

 

 

Conclusioni

Speriamo vivamente che questa guida vi abbia aiutato a comprendere i componenti e il funzionamento di un attuatore elettrico lineare e come si integra e opera nei sistemi di automazione elettrica. TiMOTION produce attuatori elettrici lineari da più di 15 anni. Il nostro sistema a integrazione verticale ci consente di personalizzare i nostri prodotti per rispondere alle esigenze specifiche dei nostri clienti.

Sappiamo che una tecnologia appropriata è in grado di risolvere la maggior parte dei problemi e che gli attuatori elettrici lineari sostituiranno, a poco a poco, i sistemi idraulici e pneumatici in numerose applicazioni.

TiMOTION mette a disposizione il proprio know-how per fornire componenti personalizzabili e di alta qualità. Per maggiori informazioni, non esitate a consultare il nostro sito web o a contattare un nostro ufficio vendite.

 
 
This mobile site is designed for compatibility with iOS 8.0+ or Android 5.0+ devices.